Human-computer interaction devices & information and communication technologies in education

Abstract

The present work deals with a developing research field, which is trying to integrate anxiety recognition and regulation into learning environments. This field has attracted the interest of researchers as an important factor in the implementation of advanced learning environments. During this research study, a cost - effective biofeedback system was designed and developed to provide anxiety awareness. The biofeedback system is comprised of a biofeedback device, a biofeedback application, and a monitor application.The biofeedback device was used to collect, identify, and utilize biosignals, which were the result of physiological reactions to stressful situations, such as galvanic skin response (GSR), heart rate (HR) and skin temperature (SKT). This device collaborates with a tailor-made software application, called biofeedback application. This application classifies real-time biosignals, to human anxiety levels. The real-time raw biosignals and the resulting anxiety level of every specific participant in the anxiety measurement activities are displayed on his/her screen. Furthermore, the stress levels of all participants are sent and displayed in real-time to another application user interface called monitor application.Utilizing the biofeedback system, we conducted five research studies. In this dissertation the three main studies are described in detail.The four of them, were exploring the impact of anxiety awareness and student regulation on performance and their relevant dynamics produced during students’ academic examinations. More specifically, we tried to deepen in possible relations revealed between students’ personality traits, their perceptions of usability and usefulness of the presented system, their academic performance, and their test anxiety. Furthermore, we tried to explore the relations among biofeedback, test anxiety and academic performance. In addition, the implemented biofeedback system was used, in the fifth study, to facilitate distance-learning activities providing anxiety awareness to support caregivers of patients suffering from dementia and reducing the “didactic distance” between the trainer psychologist and the trainees. The results of the aforementioned studies were positive, building up to the outcomes of previous studies. The research outputs were quite interesting regarding the support of the real-time anxiety awareness provided by the biofeedback system on onsite and online learning activities. Moreover, the studies revealed the effectiveness of the biofeedback system we introduced. Overall, most of the participants in the studies showed great interest and they thought that the biofeedback system is an ease-of-use equipment providing useful support on challenging learning activities.

Ένα εντυπωσιακά αναπτυσσόμενο διεπιστημονικό πεδίο της σύγχρονης έρευνας είναι η συναισθηματική υπολογιστική. Η ενσωμάτωση της ενσυναίσθησης στα εκπαιδευτικά περιβάλλοντα μπορεί να συνδυάσει την ψυχολογική υποστήριξη με την παιδαγωγική μεθοδολογία δημιουργώντας ένα σύγχρονο και δημιουργικό περιβάλλον μάθησης. Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η ανίχνευση των επιπέδων άγχους των εκπαιδευομένων σε πραγματικό χρόνο ώστε να καταστεί δυνατή η έγκαιρη και προσαρμοστική αντιμετώπιση τους, όταν αυτή επιβάλλεται, μέσα στο πλαίσιο απαιτητικών εκπαιδευτικών δραστηριοτήτων. Ιδιαίτερα η περίπτωση σύγχρονων εκπαιδευτικών δραστηριοτήτων εξ αποστάσεως (συνεργατικών ή όχι) παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον γιατί είναι εκ των πραγμάτων δύσκολη η διαπίστωση των συναισθημάτων του συνεργάτη ή του μαθητή. Επιπλέον, η έγκαιρη αναγνώριση των επιπέδων άγχους ενός εκπαιδευόμενου, από τον ίδιο, μέσω της βιο-ανάδρασης μπορεί να συνεισφέρει στην αυτό-ρύθμιση του και εφόσον αυτή επιτευχθεί στην ενίσχυση της αυτοπεποίθησης και συνεπώς στην καλύτερη απόδοσή του. Θα μπορούσε να υποστηριχθεί ότι οι μαθητές που παρακολουθούν συνεχώς τα επίπεδα άγχους τους μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιήσουν αυτές τις πληροφορίες για να υποστηρίξουν την ανάπτυξη των δεξιοτήτων αυτορρύθμισής τους. Γενικότερα η υποστήριξη στην ρύθμιση του άγχους μπορεί να είναι ένας σημαντικός παράγοντας αποκατάστασης της ηρεμίας, η οποία μπορεί να συμβάλλει στην καλύτερη απόδοση του κάθε ανθρώπου σε οποιαδήποτε δραστηριότητα και στην βελτίωση της ποιότητας της ζωής του.Η παρούσα ερευνητική εργασία παρουσιάζει μία οικονομική και αποδοτική συσκευή βιοανάδρασης που αξιοποιεί τριών ειδών βιοσήματα που παράγονται από φυσιολογικές αντιδράσεις του ανθρώπινου οργανισμού α) την επιδερμική του εφίδρωση, β) την επιδερμική θερμοκρασία και γ) τους καρδιακούς παλμούς. Όταν κάποιος λοιπόν αγχώνεται αυξάνεται η επιδερμική του εφίδρωση, μειώνεται η επιδερμική θερμοκρασία και αυξάνονται οι καρδιακοί παλμοί. Συνοψίζοντας, η έρευνα που παρουσιάζεται σε αυτή τη διατριβή οδηγεί στα ακόλουθα βασικά συμπεράσματα:Η συγκλίνουσα εγκυρότητα του προτεινόμενου συστήματος βιοανάδρασης σε σχέση με ερωτηματολόγιο αυτό-εκτίμησης του άγχους και σε σχέση με ένα εμπορικό εργαλείο ανίχνευσης άγχους βρέθηκε ότι είναι ικανοποιητική.Οι εξεταζόμενες σχέσεις μεταξύ των διαστάσεων της προσωπικότητας των μαθητών σύμφωνα με τον δείκτη Τεχνολογικής Ετοιμότητας (TRI) οι οποίες επηρεάζουν την ακαδημαϊκή τους απόδοση αφενός και αφετέρου το άγχος τους σε πραγματικό χρόνο, όπως αυτό παρέχεται από τη συσκευή βιοανάδρασης, κατά τις ακαδημαϊκές εξετάσεις, παρουσιάζονται μέσω ενός στατιστικού μοντέλου διαδρομής που δείχνει κυρίως ότι η ανασφάλεια προκαλεί πτώση της ακαδημαϊκής επίδοσης, η οποία με τη σειρά της έχει σημαντική επίδραση στην αύξηση του άγχους.Η ερευνητική ανάλυση έδειξε ότι το σύστημα βιοανάδρασης που παρουσιάζεται είναι αρκετά εύκολο χρήση του χωρίς να εμφανίζονται ιδιαίτερα προβλήματα ευχρηστίας.Η ερευνητική ανάλυση έδειξε ότι η αισιόδοξη στάση των μαθητών σχετικά με την χρήση του συστήματος είναι σημαντικός παράγοντας που διαμορφώνει μια ισχυρή τάση συμπεριφοράς ως προς την χρήση του συστήματος βιοανάδρασης.Η επίγνωση του άγχους σε πραγματικό χρόνο, όπως παρέχεται από τη βιοανάδραση, κατά τη διάρκεια των ακαδημαϊκών εξετάσεων σε μαθήματα θετικών επιστημών, αποδεικνύεται ότι έχει θετική επίδραση στην εμπειρία του άγχους των σπουδαστών ως προς στις εξετάσειςΗ επίγνωση του άγχους σε πραγματικό χρόνο, όπως παρέχεται από τη βιοανάδραση, κατά τη διάρκεια των ακαδημαϊκών εξετάσεων σε μαθήματα θετικών επιστημών αποδεικνύεται ότι έχει θετική επίδραση στην αυτοπεποίθηση που αισθάνονται οι σπουδαστές όσον αφορά την εξέταση.Υπάρχει στατιστικά σημαντική σχέση μεταξύ του επιπέδου άγχους των μαθητών και της απόδοσής τους. Στις περισσότερες των εξεταζόμενων περιπτώσεων όταν το άγχος αυξάνεται σημαντικά ή εμφανίζονται αρκετά χαμηλά επίπεδα χαλάρωσης, αυξάνεται ο κίνδυνος και η πιθανότητα λαθών. Η επίγνωση του άγχους των μαθητών όπως παρέχεται από τη βιοανάδραση σχετίζεται με την απόδοσή τους, και μάλιστα είναι μια σχέση που διαμεσολαβείται και εξηγείται από το άγχος των μαθητών. ‘Οταν το άγχος για τις εξετάσεις αυξάνεται αρκετά τότε οι θετικές επιπτώσεις της βιοανάδρασης στην απόδοση καταλήγουν να είναι πολύ περιορισμένες, μηδενικές ή και αρνητικές. Το σύστημα βιοανάδρασης παρουσίασε σημαντική υποστήριξη στους παιδαγωγικούς πράκτορες ενσυναίσθησης σε εικονικά περιβάλλοντα μάθησης, συμβάλλοντας στην αναγνώριση του άγχους των μαθητών από αυτούς (πράκτορες) και στην παροχή των αντίστοιχων παρεμβάσεων όπου αυτές ήταν απαραίτητες.Το σύστημα βιοανάδρασης μπορεί να συμβάλει στην υποστήριξη διαδικτυακών εκπαιδευτικών παρεμβάσεων σε φροντιστές ασθενών (π.χ. με άνοια) οι οποίοι βιώνουν ιδιαίτερα αγχωτικές καταστάσεις.